遷移金属酸化物における軌道自由度と磁性-誘電性-結晶構造の相関

过渡金属氧化物轨道自由度与磁-介电-晶体结构的相关性

基本信息

批准号：
07J06353
负责人：
鈴木健士
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、軌道自由度を有する遷移金属酸化物における磁性-誘電性-結晶構造の相関現象の観測及び解明を目的としている。特に本年度は、光学測定を通じ、スピン・軌道の秩序化に伴う電子状態の変化を明らかにする事を主な目的とした。まず、スピン-軌道が同時に秩序化するMnV_2O_4の光学反射率測定を行った。その結果、スピン-軌道が秩序化する温度以下で光学伝導度の顕著な変化が観測された。これは、隣接V間のMottギャップ励起がスピン・軌道整列に伴い変化するためであると解釈した。また、ラマン散乱測定においてもスピン・軌道整列に伴い、ピークの出現及び強度の増大が観測された。特に、低エネルギー領域(170cm^<-1>及びその倍の波数)に観測されたピークの出現については、非弾性中性子散乱の結果及びラマン散乱で観測された対称性から、磁気励起(1マグノン及び2マグノン励起)によるものと解釈した。本研究で得られた軌道・スピン結合系の励起状態に対する知見は、軌道-スピンの物理を解明する上で重要な成果となると期待できる。更に、Vが形式的に非整数価数をとるBaV_<10>O_<15>も研究対象として選んだ。この物質では、構造相転移を起こす温度において、電気抵抗率に3桁に及ぶトビを示す異常が観測されており、この転移に伴う電子構造の変化を明らかにする事は、電荷の自由度と軌道の自由度との結合を解明する上で重要な知見となる。この目的の為に、赤外領域の光学反射率測定系を立ち上げ、赤外領域から可視領域までの光学反射率測定を行った。その結果、構造相転移温度においてギャップが開き、電気抵抗率の変化が金属絶縁体転移による事が明らかになった。また、光学伝導度は異方的である事も明らかになった。更に、放射光X線回折実験によりVが三量体を形成している事を示唆する結果が得られており、これが金属絶縁体転移の起源であると考えられる。

本研究的目的是观察和阐明具有轨道自由度的过渡金属氧化物的磁性、介电性和晶体结构之间的相关性。特别是，今年的主要目标是通过光学测量阐明由于自旋/轨道排序而导致的电子态变化。首先，我们对 MnV_2O_4 进行了光学反射率测量，其中自旋和轨道同时排序。结果，在自旋轨道变得有序的温度以下观察到光导率的显着变化。我们将此解释为因为相邻 V 之间的莫特间隙激发随着自旋轨道排列而变化。此外，在拉曼散射测量中，通过自旋轨道排列观察到峰的出现和强度的增加。特别地，在低能量区域（170 cm^-1>及其波数的两倍）中观察到的峰的出现是由于在非弹性中子散射和拉曼散射的结果中观察到的对称性以及磁激发（ 1 个磁振子和 2 个磁振子激励）。本研究获得的关于轨道-自旋耦合系统激发态的知识预计将成为阐明轨道-自旋物理的重要结果。此外，还选择BaV_<10>O_<15>作为研究对象，其中V形式上取非整数价态。在这种材料中，在发生结构相变的温度下观察到电阻率呈现三位数跃变的异常现象，阐明伴随这种转变的电子结构的变化对于确定相变的自由度非常重要。电荷和这是阐明与轨道自由度耦合的重要发现。为此，我们建立了红外区光学反射率测量系统，并进行了从红外区到可见光区的光学反射率测量。结果表明，在结构相变温度下会出现间隙，并且电阻率的变化是由于金属-绝缘体转变所致。还揭示了光导率是各向异性的。此外，同步加速器X射线衍射实验表明V形成三聚体，这被认为是金属-绝缘体转变的起源。